【文章內(nèi)容簡介】 位圖”由此而來，位圖適用于色彩、陰影 或形狀變化負責的圖像，如照片、繪畫或數(shù)字化視頻等。矢量方式這種方式用一系列線段或其他造型描述一副圖像，它適合與線型圖等簡魚的國戒成圖像 。 數(shù)字圖像的灰度圖 灰度又稱為“ Graysacle，它代表像素的亮度值。在一副黑白照片中，不是簡單的沈陽理工大學學士學位論文 7 非黑即白，而是逐步過渡的，他們可區(qū)分為不同的亮度等級即灰度級?；叶葎澐衷郊?，越能準確的再現(xiàn)圖像。目前普遍采用的是 256灰度級，即每個像素的灰度用一個字節(jié) (a位 )表示，其中 0表示全黑， 256表示全白。 TIFF 與 BMP 圖像格式 TIFF圖像文 件主要由三種數(shù)據(jù)組合而成 ： 表頭、標識信息區(qū)和圖像數(shù)據(jù)區(qū)。表頭信息指出了標識信息區(qū)在文件中的地址，而標識信息區(qū)由一組標志信息組成，它們表示出了 TIFF圖像所有的屬性并且指明了圖像數(shù)據(jù)區(qū)的地址 ， 圖像數(shù)據(jù)區(qū)將圖像的像素數(shù)據(jù)以自上而下，自左到右的順序依次存放。它們的關系如圖 ： 圖 關系圖 若標識信息區(qū)末端的標志參數(shù)不為 0，那么該參數(shù)就表示下一個標識信息區(qū)的地址，在 TIFF圖像中，每一個標識信息區(qū)和一個圖像數(shù)據(jù)區(qū)就表示一幅圖像，因此若文件中含有多個標識信息區(qū)就表明該文件中存儲了多幅圖像 。 BMP圖像文件也分為三部分 :表頭、調(diào)色板和圖像數(shù)據(jù)。表頭長度固定為 54個字節(jié)，里面包含了圖像所有屬性的數(shù)據(jù)包括寬度、高度、顏色信息等。調(diào)色板數(shù)據(jù)中每一種顏色以四個字節(jié)來表示，它們分別是 Blue分量、 Green分量、 Red分量和一個保留值。在 BMP圖像文件中，圖像的數(shù)據(jù)以自下而上，自左到右的順序存放，并且必須保證每行的數(shù)據(jù)必須是 4個字節(jié)的整數(shù)倍。 BMP圖像文件中各部分內(nèi)容非常緊湊，所以省去了標志相應地址的信息。 TIFF圖像和 BMP圖像在調(diào)色板數(shù)據(jù)方面存在著差異，這在實現(xiàn)兩種格式圖像的轉(zhuǎn)換時非常重要。在 BMP圖像中除了全彩色 RGB圖像以外，所有不超過 256色的圖像必須帶有調(diào)色板信息，即使是單色圖像也不例外 。而在 T環(huán) F圖像中有三種情況可以不帶有調(diào)色板信息，一是 24位真彩色圖像，二是單色圖像，三是 256色灰度圖像。表 異。 TIFF 表頭數(shù)據(jù) 標識信息區(qū) 圖像數(shù)據(jù)區(qū) 沈陽理工大學學士學位論文 8 表 TIFF格式與 BMP格式的圖像調(diào)色板比較 TIFF格式圖像 BMP格式圖像 單色圖像（ 2色） 無 有 16色圖像 有 有 256色彩色圖像 有 有 256色灰度圖像 無 有 24位全彩色圖像 無 無 為了實現(xiàn)兩種格式圖像之 間的順利轉(zhuǎn)換，特別是從 TIFF圖像到 BMP圖像，需要填充相應的調(diào)色板信息。通過觀察我們可以發(fā)現(xiàn)要填充的調(diào)色板信息存在某種規(guī)律，對于單色圖像，它所對應的調(diào)色板信息包含兩種顏色，這兩種顏色的 RGB表示分別為白 （ 255，255， 255）和黑（ 0， 0， 0）它 將黑與白之間的灰度顏色分成了 256個等級 假定白 （ 255，255， 255） 對應的等級為 255,黑 （ 0， 0， 0） 對應的等級為 0，那么對于 0到 255之間的任一個灰度等級 k，可以用相應的 RGB顏色 （ k， k， k） 來表示。這樣我們就能順利地將 TIFF圖像文件轉(zhuǎn)換成 BMP文件 ，而反過來操作則比較簡單，只需要在處理單色圖像以及 256色灰度圖像時去除相應的調(diào)色板信息即可。 由于兩種圖像格式的差異，提取數(shù)據(jù)以及存儲圖像數(shù)據(jù)的操作是不同的，但在提取出了圖像的數(shù)據(jù)以后，所進行的任何圖像處理操作就與圖像原有的格式不再相關，因此我們在處理圖像時設計了三個圖像類 ： CTifTmage、 CbmpImage， Clmage， 其中 CTifImage專門用于 TIFF格式圖像的處理 ， CBmpImage專門用于 BMF格式圖像的處理，這兩個類都繼承于類 Cimage， 在 CImage中包括了圖像數(shù)據(jù)提取與存儲的接口 、圖像處理的一些通用操作如剪切、縮放、旋轉(zhuǎn)、二值化等等。這樣所有特定格式圖像數(shù)據(jù)提取與存儲的細節(jié)將封裝在相應的派生類中，對于使用圖像類 （ Cimage） 的用戶來說，只需要知道基類的接口就可以了。通過這種設計，我們還可以在不影響已有的數(shù)據(jù)結(jié)構的情況下實現(xiàn)其它格式圖像的處理，因此具有很好的擴展性。 經(jīng)過以上多種格式圖像的處理，我們將獲得圖像數(shù)據(jù)的矩陣表示，假定圖像的寬度為 W，圖像的高度為 H， 那么得到的矩陣可以用以下的二維數(shù)組來表示 ： PixelArray[x,y] 其中 0xW?0yH 由 于在現(xiàn)實中得到的手勢圖像的色彩不一，有全彩色的，也有黑白的 （ 即 256色灰度圖像，如身份證照片 ） 0~256色灰度圖像能夠很好的保留手勢圖像的特征，為了便于我們進行圖像處理與分析，所以我們將輸入的手勢圖像統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為 256色灰度圖像。這樣，沈陽理工大學學士學位論文 9 獲取的像素矩陣中任一像素的取值范圍為 （ 0~255） 在以下的步驟中，我們處理的對象就是這個二維的像素數(shù)組。 通用的圖像操作 手勢識別中的常用圖像操作包括圖像的剪切、圖像的縮放、圖像的旋轉(zhuǎn)以及圖像的亮度調(diào)整。我們以 PixelArray[x,y]來表示原有圖像的二維像素矩 陣，原有圖像的高度用 H來表示，原有圖像的寬度用 W來表示，用 PixelArrayNew[x,y]來表示結(jié)果圖像的二維像素矩陣，結(jié)果圖像的高度為 HNew,寬度為 Wnew。 圖像的剪切 圖像的剪切操作的函數(shù)原型為 void Cimage： ClipImage ( CReet amp。reet )，需要輸入的參數(shù)為要剪切的圖像的具體的位置，即要剪切圖像左上角的位置和右下角的位置。假定要剪切圖像左上角位置為 （ left,top） ，右下角的位置為 （ right,bottom） 那么我們只需要調(diào)整圖像的寬度為 （ rightleft） ，調(diào)整圖像的高度為 （ bottomtop） ，從圖像的二維數(shù)組中提取左上角到右下角之間的數(shù)據(jù)。剪切后圖像的數(shù)據(jù)可以表示為 : PixelArray[x, y] 其中 leftxright?top y bottom 圖像的縮放 圖像的縮放操作的函數(shù)原型為 void Cimage CollapseOrExpandImage （ double dbRatioX, double dbRatioY） e輸入的參數(shù)為圖像水平方向需要縮放的尺度以及圖像垂直方向需要縮放的尺度。假定水平方 向縮放的比例為 a，垂直方向縮放的比例為 b，那么，縮放后圖像的高度為 bH縮放后圖像的寬度為 aW，對于原有圖像的任一點 PixelArray（ x,y） ，在縮放后對應的像素為 : PixeIArray[i, j] axia(x+1)?by jb( y+1) 令 CountArray [i, j ]為結(jié)果圖像中點 (i, j)對應原有圖像像素的計數(shù)，那么每次有點映射到點 (i,j)的像素時，將結(jié)果圖像中點 (i,j)的像素值加上該原有圖像點 (x,y)的像素值， 并將 CountArray[i,j]加 1。 PixelArrayNew[i, j]=PixelArrayNew[i, j]+PixelArray[x, y] 沈陽理工大學學士學位論文 10 CountArray[i, j]=CountArray[i, j]=1 由于經(jīng)縮放后，結(jié)果圖像中的某一點的像素可能對應原有圖像中的多個像素，所以對于這種情況需要對該點的像素求取平均值 : PixelArrayNew[i, j]=PixelArrayNew[i, j]/ CountArray[i, j] 圖像 的亮度調(diào)整 圖像的亮度調(diào)整的函數(shù)原型為 void Cimage： AdjustLight （ int nLight） 。輸入的參數(shù)為要調(diào)整的亮度的大小， nLight為正數(shù)表示增強亮度，為負數(shù)表示降低亮度。在手勢識別中我們采用的均為 256色灰度圖像，因此圖像中任一點的像素值的飽合度為 0，也就是說任一點的 R. G, B三值的大小相等。在這種情況下，調(diào)整圖像的亮度可以通過以下方式進行 :假定要調(diào)整的亮度為 nLight，圖像中任意一種顏色的 R. G. B三值分別用 nR， nG， nB表示， 則該顏色調(diào)整后的 R, G, B三值分別為 : nR+nLight nG+nLight nB+nLight 沈陽理工大學學士學位論文 11 4 手勢圖像的預處理 當把觀察到的手勢圖像轉(zhuǎn)換成可用計算機處理的數(shù)字圖像時，圖像在生成、傳輸或變換過程中會受到各種因素的干擾和影響，圖像的畫質(zhì)將會因噪聲而在不同程度上出現(xiàn)歧變，本文對輸入圖像進行了平滑、銳化、二值化等預處理。預處理的目的是去除圖像中的噪聲，加強圖像中的有用信息，并對輸入方式或其他愿意造成的退化現(xiàn)象進行復原，圖像預處理過程是對圖像的一個過濾過程，要排除干擾保留需要處理的部分，并過濾掉不需要的部分。由于成像設備在讀入手勢圖像時會擴大取景范圍，其中含很多無效的像素點，這會影響以后的處理 ，增加計算量，因此首先完成的是盡可能準確從讀入圖像中取出包含被測物體的圖像部分，這個過程的主要難度在于判斷圖像是否屬于需要保留的部分，且必需保證其準確性，否則將會對下一步圖像分析和判斷造成嚴重的影響。 圖像平滑 圖像在生產(chǎn)和傳輸過程中常受到各種噪聲的干擾和影響，使圖像質(zhì)量下降，為了抑制噪聲改善圖像質(zhì)量，必須對圖像進行平滑處理，這可在空域或頻域中進行，在平滑噪聲時應盡量不損害圖像中邊沿和各種細節(jié)。 對于濾除圖像中的噪聲，人們已經(jīng)提出了很多的方法。通常，將數(shù)字圖像的平滑技術劃分為兩類 ： 一類是全局處 理，即對噪聲圖像的整體或大的塊進行校正以得到平滑的圖像，例如在變換域中使用 Wiener 濾波、最小二乘濾波等，使用這些技術需要知道信號和噪聲的統(tǒng)計模型，但對于大多數(shù)圖像而言，人們不知道或不可能用簡單的隨機過程精確的描述統(tǒng)計模型，而且，這些技術計算量也相當大 ： 另一類平滑技術是對噪聲圖像使用局部算子，當對某一像素進行平滑處理時，僅對它的局部小鄰域的一些像素加以運算，其優(yōu)點是計算效率高，而且可以多個像素并行處理，因此可實現(xiàn)實時或準實時處理。 局部平均法 局部平均法是一種直接在空域上進行平滑處理的 技術。認為圖像是由許多灰度恒定的小塊組成，相鄰像素間存在很高的空間相關性，而噪聲則是統(tǒng)計獨立的。因此，可用像素鄰域內(nèi)的像素的平均灰度值代替該像素原來的灰度值，實現(xiàn)圖像的平滑。最典型的沈陽理工大學學士學位論文 12 局部平均法就是非加權鄰域平均，它均等地對待鄰域中的每個像素。該算法簡單，計算速度快，但主要缺點是在降低噪聲的同時使圖像模糊，特別在邊沿和細節(jié)處。鄰域越大，模糊程度越厲害。對上述算法的改進算法有超限像素平滑法、灰度最相近的 K 個鄰點平均法、剃度倒數(shù)加權平滑、自適應濾波等。 中值濾波法 中值濾波也是一種局部平均平滑技術 ，它對脈沖干擾和椒鹽的抑制效果好，在抑制隨機噪聲的同時能使邊沿減少模糊。中值濾波法是一種非線形的圖像平滑方法，它對一個滑動窗口的諸像素灰度排序，用其中值代替窗口中心像素原來的灰度值 （ 若窗口中有偶數(shù)個像幸，則取兩個中間值的平均 ） 。中值濾波的效果與局部平均的效果相比較，中值濾波有以下優(yōu)點 :一、降低噪聲的效果比較明顯 。二、在灰度值變化較小的情況下可以得到很好的平滑處理 。三、降低了圖像邊界部分的模糊程度。 頻域平滑技術 圖像的平滑除了可以在 空域中進行外，也可以在頻域中進行。頻域中的平 滑是一維信一號低 通濾波器概念在二維圖像中的直接推廣。圖像經(jīng)過二維傅立葉變換后，噪聲頻譜一般位于空間頻率較高的區(qū)域，而圖像本身的頻率分量則處于空間頻率較低的區(qū)域內(nèi)，因此可以通過低通濾波器的方法，使高頻分量受到抑制，從而實現(xiàn)圖像的平滑。濾波器的數(shù)學表達式為 : G (u, v) =H (u, v) F (u,v) 圖像二值化 根據(jù)圖像處理的目標要求，需要把多灰度級的圖像變成只有兩個灰度級的圖像，即對圖像進行二值化。設圖像 f(x,y)的灰度值范圍在 [a,b]，二值化闡值設為 T(a=T=b)，則二值化處理的一般式為 : g(x,y) = 1 當 f(x,y)=T 時 0 當 f(x,y)T 時 g(x,y)是二值圖像，通常我們用 1 來表示對象物 (黑色區(qū)域 )，用 0 來表示背景區(qū)域 （ 白色區(qū)域 ） 。對閉值 T 的選擇有多種方法，它決定著二值圖像的質(zhì)量。按照閉值 T 的選擇沈陽理工大學學士學位論文 13 方法，圖像二值化可分為以下幾種。 p參數(shù)法 當預先知道對象物在圖像中所占的面積比率時，將灰度直方圖中面積比率為 P%的點作為閉值，這種方法稱為 P 一參數(shù)法 （ ptile method） 。但在實際中，己知對象所占的面積比率的狀況非常少見，通常都是按照 一定的規(guī)律推算出來例如在書畫作品中，文字部分所占的面積比率一般情況下是可以估計出來這時用這種方法來處理時比較有效的 。 模式法 當灰度直方圖具有雙峰性的時候，對象物和背景的灰度一般分別在兩個山峰的附近，因此，可去山谷的中心點為閉值，這種方法稱為模式法 （ modemethod） 。但是